Microgravità

Microgravità
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Assenza di peso
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Assenza di peso
L'assenza di peso è la condizione che sperimenta un corpo in caduta libera. Nella teoria newtoniana della
gravitazione, un osservatore solidale con l'oggetto in caduta libera non è inerziale, le forze apparenti dovute alla non
inerzialità del sistema di riferimento bilanciano la forza di gravità e la risultante delle forze è nulla. Viceversa, le
moderne teorie della gravitazione (specificamente la Relatività generale) incorporano il principio di equivalenza;
questo asserisce che non sia possibile distinguere tra forze gravitazionali e forze apparenti. In altri termini, nella
descrizione relativistica la forza peso è essa stessa una forza apparente, e l'osservatore inerziale è quello in caduta
libera[1].
Per esempio, un proiettile sparato da un cannone (se si può trascurare
l'attrito dell'aria) è in caduta libera, così come una stazione spaziale
(con i suoi abitanti) in orbita. Le linee di universo di questi oggetti, le
cui proiezioni sullo spazio tridimensionale sono una parabola e
un'orbita ellittica, sono geodetiche per la metrica spazio-temporale che
rappresenta il campo gravitazionale attorno alla Terra.
Si può sperimentare l'assenza di peso in aereo se percorre una
traiettoria parabolica che imiti quella di un oggetto in caduta libera. A
tale scopo vengono usati velivoli specificatamente allestiti per questi
voli, come ad esempio i Boeing 727-700 e C-9 della NASA.
Gli astronauti della Stazione Spaziale
Internazionale forniscono un esempio di assenza
di peso. In primo piano è visibile Michael Foale,
mentre compie alcuni esercizi fisici.
Voli parabolici
I voli parabolici permettono di simulare l’assenza di peso utilizzando il metodo della caduta libera anche in presenza
di atmosfera.
Il volo si divide idealmente in tre fasi.
1. l’aereo sale a 45°, per circa 30 s, con una forte accelerazione: i passeggeri sono schiacciati contro i loro sedili e il
loro peso aumenta rispetto a quello misurato a terra in quanto alla forza di attrazione gravitazionale si aggiunge
quella dovuta all'accelerazione dell'aereo in salita.
2. il pilota smette di alimentare i motori del velivolo. Da questo momento sia l'aereo sia i passeggeri sono soggetti
alla sola forza di gravità. L'aereo continua a salire per qualche secondo, descrivendo una parabola: già in questa
fase i passeggeri risentono dell'assenza di peso, perché sia essi sia l'aereo sono attratti dalla stessa forza
gravitazionale. Una volta raggiunto il punto di massima altezza, l'aereo continua a descrivere la sua parabola,
iniziando la fase di discesa in caduta libera verso terra per 20-30 s: durante questa fase, i passeggeri fluttuano
nell'aereo.
3. il pilota torna ad alimentare i motori, riprendendo il controllo dell'aereo e, dopo un certo intervallo, è pronto a
ripetere il ciclo.
Nella realtà, poiché ci si muove all'interno dell'atmosfera terrestre, c'è da mettere in conto l'attrito che si manifesta
sempre come una forza opposta alla direzione del moto, producendo quindi un peso, sia nel momento della salita che
in quello della discesa.
Al fine di permettere una traiettoria simile a quella in caduta libera, il pilota dell'aereo è costretto a bilanciare la forza
di attrito con i motori, permettendo quindi all'equipaggio del velivolo di subire un'attrazione gravitazionale quasi
costante durante la fase di discesa e quindi una quasi totale assenza di peso.
Assenza di peso
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Velivolo C-9 della NASA
Il C-9 della NASA, noto anche con il nome di Cometa del Vomito (denominazione data in realtà non solo al C-9 ma
ad ogni tipo di velivolo in grado di rendere disponibile un ambiente con assenza di peso), ha base al Lyndon B.
Johnson Space Center. Effettua voli parabolici producendo assenza di peso per periodi di circa 25 sec e con voli
tipicamente di due ore, durante i quali vengono descritte 40 parabole.
Zero Gravity Corporation
La Zero Gravity è una azienda con sede a Vienna (Virginia). Utilizza
una versione modificata del Boeing 727-200, ribattezzato G-Force
One, che effettua voli parabolici simili a quelli della NASA.
Airbus A300 dell’Agenzia Spaziale Europea
L’Esa, l’Agenzia Spaziale Europea, effettua voli parabolici su una
versione modificata degli Airbus A300, della compagnia francese
Novespace, con base all'aeroporto di Bordeaux-Merignac. Su questo
Il G-Force One
velivolo non possono salire minorenni, disabili ed anziani e non si
possono realizzare sperimentazioni in condizioni di gravità ridotta simili a quella di Marte e della
LunaWikipedia:Uso delle fonti.
Microgravità in senso stretto
Il termine Microgravità fa riferimento al fatto che anche là dove ci aspetteremmo idealmente una perfetta assenza di
peso, ciò, di fatto, non avviene. In altre parole, anche in sistemi dove ci si attende che il peso sia nullo, si verificano
in realtà piccoli scostamenti dalla condizione ideale che portano i corpi ad avere piccoli valori di peso.
Nel caso di una navicella spaziale in orbita intorno alla Terra, la microgravità può essere dovuta ai seguenti fattori.
• Essendo la Forza Gravitazionale radiale, accade che oggetti in orbita a differenti distanze dal centro della Terra,
abbiano differenti velocità radiali. Questo implica che se una persona in orbita (la quale ha una sola velocità
radiale) si mettesse con i piedi verso la Terra, i suoi piedi sarebbero attirati con più forza della sua testa, cfr. forze
mareali.
• Tutti gli oggetti all'interno, avendo una massa, si attraggono a vicenda, se la massa è localizzata (non siamo nelle
condizioni del Teorema di Gauss), questa può generare una risultante non nulla e quindi può essere misurabile.
• I corpi all'interno della navicella spaziale si trovano ad avere un loro piano orbitale. Per piano orbitale si intende
ovviamente il piano che contiene la traiettoria descritta dal corpo. Il piano orbitale della navicella spaziale è
quello che passa per il centro della Terra e che contiene la sua traiettoria orbitale. I corpi che stanno "sopra"
vengono ad avere un loro piano orbitale parallelo e sovrastante il piano orbitale della navicella spaziale, mentre,
per contro, quelli che stanno "sotto" vengono ad avere un loro piano orbitale parallelo e sottostante il piano
orbitale della navicella spaziale. I corpi non vincolati alla struttura e quindi liberi di fluttuare, che si trovano fuori
dal piano ideale dato da quello della navicella spaziale, si dirigono verso tale piano, ossia si dirigono verso il
piano di mezzeria dell'astronave. Anche in questo caso sui corpi "fuori piano" viene a materializzarsi un tiraggio,
percepito come peso.
Il simbolo µg, con il quale si indica la microgravità, è stato usato nello stemma della sciagurata missione STS-107
dello Space Shuttle Columbia: la missione aveva per obiettivo l'effettuazione di ricerche sulla microgravità.
Assenza di peso
Effetti sull'organismo
Accentuata ancora di più dalla messa in opera di stazioni orbitanti che possono essere abitate per lunghi periodi di
tempo dagli esseri umani, l'esposizione all'assenza di peso ha rivelato alcuni effetti nocivi sulla salute. L'uomo si è
ben adattato alle condizioni di vita sulla Terra: in assenza di peso, però, certi sistemi fisiologici cominciano ad
alterarsi e ciò può causare problemi per la salute di carattere temporaneo o anche di lungo termine.
I primi fenomeni a cui va incontro l'uomo, trascorso il primo paio di ore in assenza di peso, vanno sotto il nome di
Sindrome da Adattamento allo Spazio o SAS, più comunemente denominata mal di spazio. I sintomi comprendono
nausea, mal di testa, letargia, vomito e malessere diffuso. Il primo caso fu riportato dal cosmonauta Gherman Titov
nel 1961. Da allora circa il 45% delle persone che si è trovata in assenza di gravità ha sofferto questa condizione
iniziale. La durata del mal di spazio varia, ma in nessun caso supera le 72 ore: dopo questa fase, gli astronauti si
abituano al nuovo ambiente. La NASA misura la SAS utilizzando la scala Garn, dal nome del senatore statunitense
Jake Garn, la cui SAS fu così pronunciata durante la missione STS-51-D dello Space Shuttle Discovery da
raggiungere il livello 13 di tale scala.
Gli effetti più significativi di una protratta assenza di peso sono l'atrofia muscolare e il deterioramento dello
scheletro, noto anche come osteopenia da spazio: questi effetti possono essere minimizzati con l'esercizio fisico.
Altri effetti significativi comprendono la ridistribuzione dei fluidi, il rallentamento del sistema cardiovascolare, una
ridotta produzione di globuli rossi, disfunzioni dell'equilibrio e un indebolimento del sistema immunitario. Sintomi
minori comprendono perdita di massa corporea, congestione nasale, disturbi del sonno, eccessiva flatulenza e
rigonfiamento facciale. Questi effetti sono reversibili una volta tornati sulla Terra.
Molte delle condizioni causate dall'esposizione all'assenza di peso sono simili a quelle risultanti dall'invecchiamento.
Gli scienziati ritengono che gli studi sugli effetti nocivi causati dall'assenza di peso possano rivelarsi utili in ambito
medico, portando a un possibile trattamento dell'osteoporosi e a un miglioramento nelle cure per i malati costretti a
letto e per gli anziani.
Note
[1] Un osservatore in caduta libera sperimenta l'assenza di peso, ma tuttavia in presenza di un campo gravitazionale osserva ugualmente delle
accelerazioni relative fra i corpi (forze di marea), dovute al fatto che quando la curvatura dello spazio-tempo non è nulla due corpi in caduta
lungo traiettorie geodetiche distinte non restano a distanza costante. Questo fenomeno è detto della deviazione geodetica.
Voci correlate
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Caduta libera
Principio di equivalenza
Moto parabolico
Orbita
Forza di gravità
Forza peso
Medicina spaziale
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Assenza di peso
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Altri progetti
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Fonti e autori delle voci
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Assenza di peso Fonte: http://it.wikipedia.org/w/index.php?oldid=61808106 Autori: Agnellino, Captivo, Daniele Pugliesi, Eumolpo, Guido Magnano, Johnlong, KingFanel, Klamm, Lahan,
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